JP3550120B2 - 光学ベンチ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学ベンチに係り、より詳細には、光経路を短縮させて光部品組立て公差のマージンを拡大できるように構造が改善された光学ベンチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近は、光通信システムの伝送方式が光通信網での伝送データの増加と共に波長分割多重（ＷＤＭ； Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送方式に変わりつつある。このようなＷＤＭシステムでネットワーク間の連動性が要求されるにつれて回線分配器（ＯＸＣ； Ｏｐｔｉｃａｌ ｃｒｏｓｓｉｎｇ Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ）、すなわち、光学ベンチは必須の核心素子となった。
【０００３】
このような光学ベンチは、図１を参照すれば、基板１０上に複数のマイクロミラー４０がマトリックス状に配置されており、前記マイクロミラー４０に光信号を伝送する入力光ファイバ２０と、前記マイクロミラー４０から反射された光信号を受信して伝送する出力光ファイバ５０及び、前記入力及び出力光ファイバ２０、５０とマイクロミラー４０との間に配置されて光を集束及び／または発散させる入出力光部品３０、６０が整列されている。
【０００４】
ここで、図２（ａ），図２（ｂ）に示したように、前記入力及び出力光ファイバ２０、５０は所定間隔で平行に形成された第１Ｖグルーブ２５に配置され、前記入出力光部品３０、６０は前記第１Ｖグルーブ２５に連通されて形成された第２グルーブ３５に各々配置される。そして、前記光ファイバ２０、５０及び入出力光部品３０、６０は各々同一線上に一列で配置されている。
【０００５】
一方、前記入力及び出力光ファイバ２０、５０、入出力光部品３０、６０及びマイクロミラー４０は光軸に一致するように配列される。
【０００６】
前記のように構成された光学ベンチは、光源（図示せず）からの光が前記入力光ファイバ２０及び前記入力光部品３０を経由して所定のマイクロミラー４０に反射される。その後、前記マイクロミラー４０から反射された光は出力光部品６０を経て出力光ファイバ５０を通じて出力される。
【０００７】
この時、前記入力光は、前記マイクロミラー４０の基板１０に対する水平状態または直立状態の組合わせにより所望の出力チャンネルに光経路が変換される。すなわち、前記マイクロミラー４０が直立している状態では光が反射され、水平状態を維持している場合には光がそのまま通過して直進する。
【０００８】
以上のように光経路を変換して所望のチャンネルに光信号を伝送するにおいて、入力または出力光部品３０、６０から一番近距離にあるマイクロミラー４０までの光経路を単位光経路Ｓ’とすれば、最短光経路は、図１で入力チャンネルＣｈ＿１から入力光ファイバ２０及び光部品３０を経て単位光経路Ｓ’を過ぎてマイクロミラー４０で反射された後、再び単位光経路Ｓ’を過ぎて出力光ファイバ６０、５０を経て出力チャンネルＣｈ＿（Ｎ＋１）へ行く場合である。すなわち、光信号を伝送するに当って最短光経路は２Ｓ’である。
【０００９】
これに比べて、最長光経路は、入力光信号が入力チャンネルＣｈ＿Ｎから入力光ファイバ２０’及び光部品３０’を経てこの光部品３０’から一番遠く離れているマイクロミラー４０’までの光経路Ｌ’を過ぎてマイクロミラー４０’で反射された後、再び光経路Ｌ’を過ぎて出力チャンネルＣｈ＿（Ｎ＋Ｍ）に入る場合である。したがって、光信号を伝送するに当って最長光経路は２Ｌ’である。最長光経路２Ｌ’を単位光経路Ｓ’、光部品３０、６０間のチャンネル間ピッチＰ’を用いて表せば、下記の数式（１）で表現できる。前記ＮとＭは各々相異なる個数を示しうるが、ここでは同数の場合を仮定する。すなわち、入力側チャンネルと出力側チャンネルとを同数で構成する。
【００１０】
２Ｌ’＝２（Ｓ’＋（Ｎ−１）Ｐ’） …（１）
【００１１】
前記数式（１）で、チャンネル間ピッチＰ’は、前記第２Ｖグルーブ３５の構造上Ｖグルーブ３５間に一定の間隔があり、また前記光部品３０、６０が前記第２グルーブ３５に完全に密着して挿入されないので光部品の直径Ｄ以上の長さを有する。したがって、光部品の直径Ｄが大きくなる場合、チャンネル間ピッチＰ’が増加し、これにより最長光経路がさらに長くなる。
【００１２】
図３は、Ｎ×Ｎチャンネル構造で前記単位光経路Ｓ’をＳ’＝１ｍｍとする時、光部品３０、６０の直径Ｄが０．３ｍｍの場合と１ｍｍの場合、各々に対する最長光経路２Ｌ’を計算したグラフを示したものである。チャンネル間ピッチＰ’は通常、光部品３０、６０の直径Ｄの６６％程度に大きいのでこれを基準としたものである。
【００１３】
このグラフからチャンネル数Ｎが増加するにつれて最長光経路２Ｌ’が急に増加することが分かる。
【００１４】
例えば１２８×１２８チャンネルであり、前記光部品３０、６０の直径Ｄが１ｍｍである時に光信号は光部品直径Ｄの４００倍以上の距離を進行しなければならない。光経路が長くなるほど光軸整列が難しくなるので、光効率の維持のためにはマイクロミラー４０の反射角の誤差、前記光部品３０、６０と光ファイバ２０、５０及び前記光部品３０、６０とマイクロミラー４０との整列誤差限度をさらに小さく維持しなければならない。これは組立てコストの上昇を誘発して製品コストを上げる要因となる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記問題点を解決するために案出されたものであって、光ファイバ及び光部品をジグザグに配置して最長光経路を縮められ、これにより光ファイバやマイクロミラーなどの整列誤差限度を増加させるように構造が改善された光学ベンチを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するために、基板と、前記基板上に所定間隔で配置され、その端部が交互にジグザグに位置するように配置された入力光及び出力光をガイドする入力及び出力光ファイバと、前記入力及び出力光ファイバの端部に配置されて光を集束または発散させる入力及び出力光部品と、前記入力光部品からの光を所定のチャンネルに反射させる複数のマイクロミラーとを含むことを特徴とする。
【００１７】
また、隣接する前記光ファイバのチャンネル間ピッチをＰ、前記光部品の直径をＤとする時、Ｐ≦Ｄを満足することを特徴とする。
【００１８】
また、前記入力光ファイバ及び入力光部品と前記出力光ファイバ及び出力光部品とが相異なる平面に配列されることを特徴とする。
【００１９】
また、前記入力及び出力光ファイバと前記入力及び出力光部品とが複数層で配列され、層ごとに交互にジグザグに配列されることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施形態について詳細に説明する。
図４を参照すれば、本発明に係る光学ベンチは、基板１００と、この基板１００上に所定間隔で配置されて入力光と出力光とをガイドする入力及び出力光ファイバ１２０ａ、１２０ｂ、１５０ａ、１５０ｂと、前記入力及び出力光ファイバ１２０ａ、１２０ｂ、１５０ａ、１５０ｂの端部に連結されて前記基板１００上にジグザグに配置されて光を集束または発散させる入出力光部品１３０ａ、１３０ｂ、１６０ａ、１６０ｂと、前記入力光部品１３０ａ、１３０ｂからの光を所定の出力チャンネルに反射させるように前記基板１００上にマトリックス状に配列された複数のマイクロミラー１４０、１４０’とを含む。
【００２１】
前記のように構成された光学ベンチでは、光源（図示せず）からの光が前記入力光ファイバ１２０ａ、１２０ｂ及び前記入力光部品１３０ａ、１３０ｂを経由してマイクロミラー１４０により反射された後、所定の出力光部品１６０ａ、１６０ｂを経て出力光ファイバ１５０ａ、１５０ｂを通じて出力される。前記入出力光部品１３０ａ、１３０ｂ、１６０ａ、１６０ｂは例えばボールレンズ、グリーンレンズまたはコリメーティングレンズなど光を集束／発散させたり、あるいは平行光にする部品でありうる。
【００２２】
前記入出力光ファイバ１２０ａ、１２０ｂ、１５０ａ、１５０ｂ及び入出力光部品１３０ａ、１３０ｂ、１６０ａ、１６０ｂは、図５（ａ），図５（ｂ）に示したように前記基板１００上に形成された第１及び第２Ｖグルーブ１２５、１３５に各々装着される。そして、前記マイクロミラー１４０は前記入出力光部品１３０ａ、１３０ｂ、１６０ａ、１６０ｂに対して４５°に配置されていて、前記マイクロミラー１４０が直立している場合に光を所望の出力光部品１６０ａ、１６０ｂ側に反射させうる。すなわち、前記マイクロミラー１４０が駆動されて光の進行方向に対して４５°傾斜するならば光がこのマイクロミラーにより反射されるのに対し、前記マイクロミラーが光の進行方向に対して平行な状態を維持するならば光がそのまま通過して直進するので光経路を変更できる。
【００２３】
一方、前記入力及び出力光ファイバ１２０ａ、１２０ｂ、１５０ａ、１５０ｂが第１グルーブ１２５に所定間隔で配置されるが、光ファイバの端部がジグザグに位置するように配置される。例えば、奇数番目のチャンネルの光ファイバ１２０ａ（１５０ａ）が所定間隔で配置され、前記奇数番目のチャンネルの光ファイバ１２０ａ（１５０ａ）間に偶数番目のチャンネルの光ファイバ１２０ｂ（１５０ｂ）が交互に配置されるが、前記奇数番目のチャンネルの光ファイバ１２０ａ（１５０ａ）より外側に後退して配置される。したがって、隣接した奇数番目のチャンネルの光ファイバ１２０ａ（１５０ａ）間、すなわち、偶数番目のチャンネルの光ファイバ１２０ｂ（１５０ｂ）の端部側に一定の空間Ｇが確保される。また、前記奇数番目のチャンネルの入出力光ファイバ１２０ａ（１５０ａ）の端部に奇数番目の入出力光部品１３０ａ（１６０ａ）が配置され、前記空間Ｇに偶数番目の入出力光部品１３０ｂ（１６０ｂ）が配置される。この時、前記奇数番目と偶数番目との配列を変更しうることはもちろんである。
【００２４】
前記空間Ｇは、前記入出力光部品１３０ａ、１３０ｂ、１６０ａ、１６０ｂを収容する第２Ｖグルーブ１３５と入出力光ファイバ１２０ａ、１２０ｂ、１５０ａ、１５０ｂを収容する第１Ｖグルーブ１２５との幅が相異なることにより生じる無駄な空間であって、これを有用な空間として活用しようとすることである。すなわち、従来のように入出力光部品３０（６０）を平行に配置すれば、前記第１Ｖグルーブ２５と第２グルーブ３５との幅の差により最小限その幅の差に該当する無駄な空間（図１のＱ）が生じ、この無駄な空間Ｑに相応して光経路が長くなるので、この無駄な空間Ｑを光部品の配置に活用することによって光経路を最小化することである。
【００２５】
さらに、図６（ａ），図６（ｂ）に示すように、前記のようなジグザグの配列構造を有する光ファイバ１２０ａ、１２０ｂ、１５０ａ、１５０ｂと入出力光部品１３０ａ、１３０ｂ、１６０ａ、１６０ｂとを複数層で構成できる。すなわち、前記のような構造で光ファイバと光部品とが配列されるが、層を別々にして配列されつつ、層間光ファイバ及び光部品の配列がジグザグに配置されるように構成することによってさらに効率よく光経路を短縮できる。
【００２６】
本発明に係る光学ベンチにおいて、最短光経路と最長光経路とを調べれば次の通りである。ここで、前記奇数番目光部品１３０ａから一番近距離にあるマイクロミラー１４０までの距離を単位光経路Ｓと示し、奇数番目の入出力光部品１３０ａ、１６０ａから直線方向に一番遠く離れたマイクロミラー１４０’までの距離を光経路Ｌと示す。また、前記入出力光部品１３０ａ、１６０ａに対応する距離をＴと示し、隣接する光ファイバ間距離をチャンネルピッチＰと示す。すると、最短光経路は、最初の入力チャンネルＣｈ＿１の奇数番目入力光部品１３０ａ及び単位光経路Ｓを過ぎて一番近距離にあるマイクロミラー１４０で反射された後、再び出力側の単位光経路Ｓを過ぎて出力チャンネルＣｈ＿（Ｎ＋１）へ行く場合である。この場合、最短光経路は２Ｓと示される。
【００２７】
また、最長光経路は、最終端にある入力チャンネルＣｈ＿Ｎから光部品に対応する長さＴ及び光経路Ｌを過ぎて前記マイクロミラー１４０’で反射された後、再び前記光経路ＬとＴとを過ぎて出力チャンネルＣｈ＿（Ｎ＋Ｍ）へ行く場合である。この場合、最長光経路を数式で示せば次の通りである。この時、入力及び出力側チャンネル数を各々示すＮとＭとは各々相異なりうるが、ここでは同数で構成する場合を仮定する。
【００２８】
２（Ｔ＋Ｌ）＝２｛Ｔ＋Ｓ＋（Ｎ−１）Ｐ｝ …（２）
【００２９】
ここで、前記入出力光部品１３０ａ、１３０ｂ、１６０ａ、１６０ｂの長さＴは数ｍｍ程度であって、これによる光経路の増加は非常に微小である。また、前記Ｐは最小限前記入出力光部品１３０ａ、１３０ｂ、１６０ａ、１６０ｂの直径Ｄ以下の大きさを有する。これは、前記ジグザグ配置によって隣接する光部品１３０ａ及び１３０ｂ、１６０ａ及び１６０ｂが配列上重畳する部分が存在するからである。このような関係を数式で表せば次の通りである。
【００３０】
Ｐ≦Ｄ …（３）
【００３１】
図７は、単位光経路Ｓ＝１ｍｍ、入出力光部品１３０ａ、１３０ｂ、１６０ａ、１６０ｂの長さＴ＝３ｍｍ、入出力光部品１３０ａ、１３０ｂ、１６０ａ、１６０ｂの直径Ｄ＝１ｍｍの時、従来の方式の通りに光ファイバを平行に配列する場合と本発明によって光ファイバをジグザグに配列する場合との各々に対してチャンネル個数による最長光経路を計算した結果をグラフで示したものである。このグラフによれば、１２８×１２８チャンネルの場合、従来と比較した時に約２００ｍｍ程度短くなることが分かる。そして、チャンネル数が多くなるほど光経路の短縮がさらに大きくなる。
【００３２】
一方、本発明では前記のように光ファイバ及び光部品をジグザグに配列するが、同一平面上、または他の平面上に配置できる。すなわち、前記入力側光ファイバ１２０ａ、１２０ｂ及び光部品１３０ａ、１３０ｂと、出力側光ファイバ１５０ａ、１５０ｂ及び光部品１６０ａ、１６０ｂとを相異なる平面に配置する必要がある場合に本発明によって光ファイバ及び光部品をジグザグに配置して光経路を短縮できる。
【００３３】
図８は、本発明により光ファイバがジグザグに配置され、１６×１６チャンネルでマイクロミラーが配列された場合にそれぞれの入力側行Ｉ（Ｔ）及び出力側列Ｊ（Ｒ）による光経路での挿入損失、すなわち、光損失をグラフで示したものである。ここで、縦軸はｄＢ単位で示す挿入損失を示し、挿入損失が最大である値Ｍａｘと最小である値Ｍｉｎとが各々３．１９７と２．３１２と現れる。また、平均挿入損失Ａｖｇは２．５５２であり、標準偏差Ｓｔｄは０．１９６である。
【００３４】
ところが、図９は、従来の光ファイバが配置された場合にそれぞれの入力側行Ｊ（Ｒ）及び出力側列Ｉ（Ｔ）による光経路での挿入損失をグラフで示したものであって、図８のグラフに比べて挿入損失が全体的に高く現れることが分かる。これら値を具体的に比較してみれば、従来の場合には挿入損失が最大である値Ｍａｘと最小である値Ｍｉｎとが各々５．７２１と２．３２９であって、前述した本発明の場合に比べて最大値が非常に高い。また、従来の場合、平均挿入損失Ａｖｇが３．０９４であり、標準偏差Ｓｔｄが０．８５９であって本発明に比べて平均値Ａｖｇが高くて偏差も激しいことが分かる。
【００３５】
前記結果から分かるように、本発明に係る光学ベンチは、光経路を最適の状態に短縮させることによって光の挿入損失を減らしうる。
【００３６】
【発明の効果】
前述したように本発明に係る光学ベンチは、光ファイバ及び光部品をジグザグに配置することによって光ファイバと光ファイバとの空間を最大限に活用して全体的な体積を縮められる。合わせて、光経路を短縮させることによって光学部品の整列誤差限度を増加させ、これにより組立てコストを節減でき、光の挿入損失を減らして光効率を極大化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光学ベンチ構造を概略的に示す図面である。
【図２】（ａ）は図１のＩＩ’−ＩＩ’線断面図であり、（ｂ）は図１のＩＩ−ＩＩ線である。
【図３】Ｎ×Ｎチャンネルに対する最長光経路の変化を示すグラフである。
【図４】本発明に係る光学ベンチ構造を概略的に示す図面である。
【図５】（ａ）は図４のＶ’−Ｖ’線断面図であり、（ｂ）は図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】入出力光部品を複数層で形成したものであって、（ａ）は図５のＶ’−Ｖ’線断面図であり、（ｂ）は図５のＶ−Ｖ線断面図である。
【図７】Ｎ×Ｎチャンネルに対する最長光経路を従来の場合と本発明に係る場合とを比較して示す図面である。
【図８】本発明に係る光学ベンチ構造で１６×１６チャンネルに対する挿入損失を示すグラフである。
【図９】従来に係る光学ベンチ構造で１６×１６チャンネルに対する挿入損失を示すグラフである。
【符号の説明】
１００ 基板
１２０ａ，１２０ｂ 入力光ファイバ
１３０ａ，１３０ｂ 入力光部品
１４０，１４０’ マイクロミラー
１５０ａ，１５０ｂ 出力光ファイバ
１６０ａ，１６０ｂ 出力光部品

Claims (1)

1. 基板と、
   前記基板上に所定間隔で配置され、その端部が交互にジグザグに位置するように配置された入力光をガイドする入力光ファイバと、
   前記基板上に所定間隔で配置され、その端部が交互にジグザグに位置するように配置された出力光をガイドする出力光ファイバと、
   前記入力及び出力光ファイバの端部に配置されて光を集束または発散させる入力及び出力光部品と、
   前記入力光部品からの光を所定の前記出力光部品に反射させる複数のマイクロミラーとを含んでなり、
   隣接する前記入力光ファイバ及び前記出力光ファイバのピッチをP、前記入力及び出力光部品の直径をDとする時、P≦Dを満足し、
   前記入力光ファイバ、出力光ファイバ、入力光部品及び出力光部品の具備された層が複数層で配列され、複数層のうちいずれか１層に存する入力光ファイバと入力光ファイバとの間に存する空間に対応する位置に、隣り合う層に存する入力光ファイバが配置され、出力光ファイバと出力ファイバとの間に存する空間に対応する位置に隣り合う層に存する出力光ファイバが配置され、入力及び出力光ファイバが層ごとに交互にジグザグに配列されることを特徴とする光学ベンチ。

Images